JP6013537B2

JP6013537B2 - 充電装置における磁場変動の低減

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Publication number: JP6013537B2
Application number: JP2015051543A
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Inventors: ヤンソーンナン; シヤオビン; コラティケレナラヤンジャナルダン; カスツーリスリーニヴァス; エルコーリーエッサム
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Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2016-10-25
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Description

ここで説明された態様は、一般に、無線充電装置に関する。さらに特に、ここで説明された態様は、凹形断面と、磁場変動を低減するための間隔を有する送信機コイルとを備えた充電ステーションを有する無線充電装置に関する。

内部の充電式バッテリによって電力を供給された電子装置は、バッテリの再充電を一般に必要とする。現在の無線充電台は、概して平坦な平面の充電面と、電子装置に配置された受信機によって受信される充電信号を送信する送信機とを有する充電パッドを備えた充電装置を、一般に有している。

しかしながら、そのような充電パッドの使用は、電子装置の電力受信機が充電パッドの電力送信機と適切に使用可能な状態で位置合わせされるように、パッド上の特定の場所の近接した空間的近傍において電子装置を正しい位置に置くことを必要とする。

態様による無線充電装置の実施例の正面の斜視図である。磁場分布における特定の変数の図解を例示する図である。磁場分布における特定の変数の図解を例示する図である。磁場分布における特定の変数の図解を例示する図である。凹面形状を有する無線充電装置の横断面図である。無線充電装置の曲面の図である。無線充電装置の磁場の分布を例示するグラフである。ボールの周りに設けられた３次元送信機コイルの斜視図である。コイルの他に無給電コイルも有する無線充電装置の斜視図である。コイルの他に無給電コイルも有する無線充電装置の曲面の図である。無線充電装置を形成する方法を例示するブロック図である。

態様の様々な利点は、下記の明細書及び添付された特許請求の範囲を読むとともに、添付図面を参照することによって、当業者に明白になるであろう。

ここで説明された技術は、無線充電装置の実施例に関する。無線充電装置は、充電領域を定義する凹面形状の充電台を含み得る。少なくとも１つの送信機コイルが、台の周りに配置される。３次元送信機コイルは、交流電流を通すためのコイル巻き線を含み得る。交流電流を通すための少なくとも１つの追加の巻き線が同様に含まれ得る。下記で更に詳細に説明されるように、複数のコイル巻き線は、３次元送信機コイルと関連付けられた磁場変動を低減するための不均一な間隔で間隔をあけられる。

図１は、態様による無線充電装置の実施例の正面の斜視図である。無線充電装置１００は、準半球状の（semi-hemispherical）又はボール形状の（bowl-shaped）充電ステーション１０４によって定義される充電領域１０２において支持される１つ又は複数の電子装置（図示せず）の内部に配置された充電式バッテリを充電するように構成される。準半球状の又はボール形状の充電ステーション１０４は、充電領域１０２に置かれた１つ又は複数の電子装置を、無線充電装置１００に対する電子装置のそれぞれの位置及び空間的方向性に関係なく、同時に充電し得る。それらの装置は、例えばコンバーチブル型タブレット（convertible tablet）、電子ブック（electronic book：ｅｂｏｏｋ）リーダ、スマートフォン（smart phone）、スマートウォッチ（smart watch）、又はスマートウェアラブルデバイス（smart wearable device）のように、サイズ及び種類の点で異なり得るとともに、同じ又は異なる機能を有し得る。例示された充電ステーション１０４は、充電ステーションが異なる機能及び／又は製造業者を有する装置を受け入れるとともに、受け入れられた装置が充電されるために、充電ステーション１０４にプラグで接続された装置又はそうでなければ充電ステーション１０４に結合された装置を必要としないという点で、汎用の無線充電ソリューション（universal wireless charging solution）を一般に表す。更に卓越して詳細に論じられるであろうように、充電ステーション１０４は、各それぞれの電子装置のバッテリを充電するために電磁エネルギーを使用し得る。図１において例示されなかったが、充電ステーション１０４は、不均一な間隔を送信機コイルの巻き線の間に有する送信機コイルを含み得る。不均一な間隔は、電流が送信機コイルを流れるときに、送信機コイルと関連付けられた磁場の比較的均一な分布を可能にし得る。均一な間隔をコイルの間に有する送信機コイルと比較された場合に、磁場の均一な分布は比較的安定した充電を提供し得る。

（Ａ４ＷＰ（Alliance for Wireless Power）標準で定義されたような）磁界共鳴方式無線充電（Magnetic resonance wireless charging）は、電力伝送を達成するために、共振送信（ＴＸ）コイルと共振受信（ＲＸ）コイルとの間の磁気結合を利用する。これらの種類の無線充電システムにおいて見られる共通の課題は、ＲＸコイルが充電領域内で移動されるときの、ＲＸコイルに供給される電力の不均一な性質である。この問題は、（ボールの表面上で充電される装置の配置のように）無線電力伝送システムのＴＸコイル及びＲＸコイルが相互に非常に近い場合にとりわけ目立つ、ＴＸコイルによって生成された特有の不均一な磁場分布によって引き起こされる。コイル巻き線に対して垂直に伸びる「ｚ」方向において、磁場の均一性は、磁場のＨ_ｚ成分における要素である。コイルの中心点から外側へ伸びる「Ｒ」方向において、磁場の均一性は、磁場のＨｒ成分の要素である。これらの要素は、式１及び式２において下記のとおりに示され得る。

式１及び式２において、Ｋ（ｋ）及びＥ（ｋ）は、第一種及び第二種の完全楕円積分関数であり、そして

である。

図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれ磁場分布における特定の変数の図解を例示する。参照符号２０２において、単一のループによって生成されたｚ方向磁場（Ｈ_ｚ）（円筒座標）が例示され、参照符号２０４において、様々な垂直方向の距離間隔（ｚ）におけるＨ_ｚ分布が例示され、そして参照符号２０６において、様々な垂直方向の距離間隔（Ｒ）におけるＨｚ分布が例示される。参照符号２０４において、異なる高さ（ｚ）において単一のループによって生成されたｚ方向磁場（Ｈ_ｚ）の分布が例示される。慣習的に、３次元ＴＸコイルは、結合されたｚ方向磁場がコイルから離れた固定距離における表面上で最適化され得るように、不均一な間隔を備えた複数の巻き線を有するように設計されることができる。曲面に関して、特に小さなウェアラブルデバイスを充電することに関して、表面から離れた特定の距離における法線方向の磁場

は、曲面を横断する均一性に関して最適化されなければならず、それは、異なる高さにおいて３次元ＴＸコイルによって生成されたＲ方向成分を導入することによって、問題を著しく複雑にし、法線成分の合成は、表面の曲面につれて同様に変化する。

図３は、凹面形状を有する無線充電装置の横断面図である。図３において例示されたように、図１のボール形状の充電ステーション１０４のようなボール形状の無線充電送信機の断面図３００が描写される。図３において例示されたように、ボール形状の充電ステーション１０４は、曲面半径“Ｒ”、及び角度位置“θ”に位置する単一のコイル巻き線３０２を有し得る。ボール形状の充電ステーション１０４の厚さは、“ｔ”である。上記で説明された閉じた式（closed form expression）に基づいて、角度位置“φ”を有する内面位置における結合された法線方向の磁場

は、下記の式３、式４及び式５において表され得る。

コイルの対応する半径は、Ｒ×ｓｉｎθによって表され得る。

この式３から式５の閉じた式によって、ボール形状の充電ステーション１０４の曲面に沿った異なる角度位置に配置されたコイルの複数の巻き線の組み合わせが計算され得る。さらに、ボール表面の所定の領域の中の法線の磁場の最小変動のために、巻き線間の位置及び電流の電流分布が、最小の磁場変動に関して最適化され得る。

定式化に続いて、複数の結合された巻き線を備えるコイル設計が、最小の結合された表面の法線のＨ場（H field）変動に関する最適化によって実行される。式１及び式２における導出によれば、ボールの内面に沿った全体の法線のＨ場は、下記の式６によって記述され得る。

最適化プロセスは、様々な角度［θ_１、θ_２、θ_３、・・・θ_ｎ］における巻き線の最初の母集団によって始まる。次に、そのような組み合わせの

が、ボールの内面に沿って計算される（φを変える）とともに、

の分散が、最適化の費用関数（cost function）として計算される。コイル位置の組み合わせの新しい母集団が、評価のために生成される。費用関数の結果が最小化されるか、又は減少することをやめるまでプロセスを繰り返すために、遺伝的アルゴリズム（genetic algorithm）が使用され得る。態様において、遺伝的アルゴリズムは、自然淘汰のプロセスによく似たヒューリスティック探索であり得る。いくつかの態様において、あるしきい値より小さい費用関数における変化によって定義される所定のしきい値が満たされるまでプロセスを繰り返すために、遺伝的アルゴリズムが使用され得る。

最適化変数は、コイル巻き線の角度位置θ＝［θ_１、θ_２、θ_３、・・・θ_ｎ］である。最適化問題を形成するために、各最適化変数に関して制約が定義されるべきである。例えば、この特定の設計において、最も大きな角度のオフセットは６０度であり、したがって、全てのコイルはこのサイズによって制限される。さらに、各内側の巻き線に関して、内側の巻き線の大きさは、次のより大きいループの大きさを越えるべきでなく、トレースの幅や隙間のための空間を残すためにｔ（この例では５ｍｍ）の間隔があるべきである（例えば、θ_ｔ＞θ_ｔ−１＋３°）。

最適化問題は、下記の式７及び式８によって定義される。

図４は、無線充電装置の曲面の図である。ここで説明されたコイル設計は、連続的な３次元らせん構造４００を含み得る。そのコイルは、トレース抵抗を最小限にするために、１４ＡＷＧワイヤから構成され得る。この実施例において、巻き線の間の最小の間隔は、巻き線の間の電気容量（capacitance）を最小限にするために、５ミリメートル（ｍｍ）（３度の角度の間隔）であり得る。

図４において例示された実施例では、３次元ＴＸコイルは、１２０度の範囲を持つ１０ｃｍの半径のボールを有している。コイル半径及びコイル間隔の不均一な分布は、最高の表面の法線のＨ場の均一性を提供するための最適化によって達成される。

３次元らせん構造４００は、同軸の８つの円形コイル巻き線を含み得る。例えば、コイル巻き線は、約１７３ミリメートルの直径を有する、３次元送信機コイルの第１のコイル巻き線４０２と、第１のコイル巻き線４０２に結合されるとともに、約１６４．６ミリメートルの直径を有する、第２のコイル巻き線４０４とを含み得る。第３のコイル巻き線４０６は、第２のコイル巻き線４０４に結合され得るとともに、約１５５．２ミリメートルの直径を有し得る。第４のコイル巻き線４０８は、第３のコイル巻き線４０６に結合され得るとともに、約１４４．８ミリメートルの直径を有し得る。第５のコイル巻き線４１０は、第４のコイル巻き線４０８に結合され得るとともに、約１３３．５ミリメートルの直径を有し得る。第６のコイル巻き線４１２は、第５のコイル巻き線４１０に結合され得るとともに、約１２１ミリメートルの直径を有し得る。第７のコイル巻き線４１４は、第６のコイル巻き線４１２に結合され得るとともに、約９８．３ミリメートルの直径を有し得る。第８のコイル巻き線４１６は、第７のコイル巻き線４１４に結合され得るとともに、約６６ミリメートルの直径を有し得る。図４において示されるように、所定の範囲では、コイル巻き線の直径がより大きくなるにつれて、コイル巻き線の間の間隔はより狭くなる。

図４において、具体的な大きさは、ここで説明された態様に限定的ではない。上記の最適化プロセスに基づいて、他の大きさが使用され得る。

図５は、無線充電装置の磁場の分布を例示するグラフである。グラフ５００において、水平軸は、図４に関して上記で論じられた３次元らせん構造４００のような３次元らせん構造の中心からの距離である。縦軸は、結合された法線のＨ場を表す。図５において例示されたように、角度のオフセットの６０％から７０％（すなわち、最高４０度くらい）まで、その場（field）は、装置の充電をサポートするように、ことのほか一定である。

図６は、ボールの周りに設けられた３次元送信機コイルの斜視図である。３次元ＴＸコイル６００は、図４に関して上記で論じられた３次元らせん構造４００において示されたような間隔を有し得る。３次元ＴＸコイル６００は、いくつかのシナリオにおいて、符号６０２で示されたように、ボール６０４の外面の周りに配置された連続的な銅線であり得る。図６において、３次元ＴＸコイル６００の各巻き線が直列に接続されるとともに同様の電流を通すと仮定して、その設計は最適化され得る。

図７は、コイルの他に無給電コイルも有する無線充電装置の斜視図である。いくつかの態様において、受信機装置との結合を更に高めるとともに、場の均一性を向上させるために、少なくとも１つの無給電コイル７０２が実装され得る。無給電コイル７０２は、図６に関して上記で論じられた３次元ＴＸコイル６００のような３次元ＴＸコイルの他のコイル巻き線の間に配置されたコイル巻き線である。無給電コイル７０２は、同調されることができ、そして有利な位置に導入されるために、非単位電流（non-unit current）を導くように構成されることができる。無給電コイル７０２によって導かれた非単位電流は、３次元ＴＸコイル６００上で伝播する電流と関連付けながら反対の方向に電流を伝播することによって、３次元ＴＸコイル６００と関連付けられた磁場を再分布し得る。図７において示されたように、無給電コイル７０２は、所望の磁場変動に基づいて、直列キャパシタ７０４によって同調され得る。

無給電コイル７０２のような１つ又は複数の無給電コイルを備えた設計は、コイルの巻き線の間に不均一な電流分布引数（argument：変数）を導入することによって最適化され得るとともに、ここで、法線のＨ場は、下記の式９のように表され得る。

ここで、ａ＝［ａ_１、ａ_２、ａ_３、・・・ａ_ｎ］は、コイルの複数の巻き線間の電流比率を表す。最適化プロセスは、均一性及び結合容量の観点において所望の磁場分布を達成するために、“ａ”及び“θ”の両方を最適化することになる。電流比率が定義された後で、直列キャパシタ７０４は、電流比率を達成するように同調されることができる。

図８は、コイルの他に無給電コイルも有する無線充電装置の曲面の図である。図８において例示されたように、無給電コイル８０２のような無給電コイルは、約１１２ミリメートルの直径を有し得る。無給電コイル８０２は、図４に関して上記で論じられた巻き線４１４のような巻き線と関連付けられた磁場を再分布するように構成される。

図９は、無線充電装置を形成する方法を例示するブロック図である。方法９００は、ブロック９０２において、充電領域を定義する凹面形状の充電台を形成することを含む。ブロック９０４において、方法９００は、充電台の周りに配置された３次元送信機コイルを形成することを含む。３次元送信機コイルは、電流を伝導するように構成された巻き線と、当該電流を伝導するように構成された追加の巻き線とを含む。コイル巻き線の間に一定の間隔を有するコイル巻き線と比較して、磁場変動が比較的平坦であり得るように、巻き線の間の間隔は不均一である。

いくつかの態様において、方法９００は、ブロック９０６において、無給電コイルを形成することを含み得る。無給電コイルは、送信機コイルの巻き線のうちの少なくとも２つの間に形成され得る。無給電コイルは、送信機コイルの駆動電流と関連付けられた磁場の一部分の再分布を生成するように構成され得る。ブロック９０８において、同調素子が形成され得る。同調素子は、キャパシタを含む。磁場の再分布は、同調素子の電気容量に基づいて設定可能であり得る。例えば、同調素子のより高い電気容量と比較すると、同調素子のより低い電気容量は、磁場のより大きな再分布を生成し得る。

いくつかの態様において、方法９００は、３次元送信機コイルの間隔の最適化を含み得る。例えば、方法９００は、コイルの中心を通って伸びる軸からの各コイル巻き線の任意の角度を最初に有するコイル構造を特定することと、コイル構造の磁場変動を判定することを含み得る。角度は、磁場の均一性を示す費用関数の結果に基づいて調整され得る。

実例１は、無線充電装置である。当該無線充電装置は、凹面の充電台の周りに配置された３次元送信機コイルを含む。上記３次元送信機コイルは、電流を伝導するためのコイルの巻き線を含む。上記３次元送信機コイルは、上記電流を伝導するための追加の複数のコイル巻き線を同様に含む。上記複数のコイル巻き線は、上記凹面の充電台の表面に対して法線の方向における上記３次元送信機コイルと関連付けられた磁場変動を低減するための不均一な間隔で間隔があけられる。

実例２は、実例１の主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、約１７３ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第１のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第１のコイル巻き線に結合されるとともに約１６４．６ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第２のコイル巻き線を同様に含む。

実例３は、実例１若しくは実例２のいずれか又はこれらの実例の組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第２のコイル巻き線に結合されるとともに約１５５．２ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第３のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第３のコイル巻き線に結合されるとともに約１４４．８ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第４のコイル巻き線を同様に含む。

実例４は、実例１から実例３のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第４のコイル巻き線に結合されるとともに約１３３．５ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第５のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第５のコイル巻き線に結合されるとともに約１２１ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第６のコイル巻き線を同様に含む。

実例５は、実例１から実例４のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第６のコイル巻き線に結合されるとともに約９８ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第７のコイル巻き線を含む。

実例６は、実例１から実例５のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第７のコイル巻き線に結合されるとともに約６６ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第８のコイル巻き線を含む。

実例７は、実例１から実例６のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記不均一な間隔は、各巻き線の大きさの比率に基づいている。例えば、実例１から実例６に関して上記で論じられた大きさは、実例１から実例６における複数のコイル巻き線の間の比率に基づいて複数のコイル巻き線の間の交互間隔を決定するために使用され得る。

実例８は、実例１から実例７のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記凹面形状は、１２０度の角度の半円形でかつ上記凹面形状の中心点から約１００ミリメートルの半円形と関連付けられている。

実例９は、実例１から実例８のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記無線充電装置は、上記送信機コイルの駆動電流と関連付けられた磁場の一部分の再分布を生成するための無給電コイルを同様に含む。上記無線充電装置は、上記無給電コイルを同調するための同調素子であって、上記同調素子がキャパシタを含み、上記再分布が上記同調素子の電気容量に基づいて設定可能である上記同調素子を同様に含む。

実例１０は、実例１から実例９のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記無線充電装置は、上記送信機コイルの上記駆動電流と関連付けられた上記磁場の一部分の再分布を生成するための追加の無給電コイルを同様に含む。上記無線充電装置は、それぞれの無給電コイルとそれぞれ結合される追加の同調素子を同様に含む。

実例１１は、無線充電装置を形成する方法である。当該方法は、充電領域を定義する凹面形状の充電台を形成する段階を含む。当該方法は、上記充電台の周りに配置された３次元送信機コイルを形成する段階を同様に含む。上記３次元送信機コイルは、電流を伝導するためのコイルの巻き線を含む。上記３次元送信機コイルは、上記電流を伝導するための追加の複数のコイル巻き線を同様に含む。上記複数のコイル巻き線は、上記凹面の充電台の表面に対して法線の方向における上記３次元送信機コイルと関連付けられた磁場変動を低減するための不均一な間隔で間隔があけられる。

実例１２は、実例１０の主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、約１７３ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第１のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第１のコイル巻き線に結合されるとともに約１６４．６ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第２のコイル巻き線を同様に含む。

実例１３は、実例１１若しくは実例１２のいずれか又はこれらの実例の組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第２のコイル巻き線に結合されるとともに約１５５．２ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第３のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第３のコイル巻き線に結合されるとともに約１４４．８ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第４のコイル巻き線を同様に含む。

実例１４は、実例１１から実例１３のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第４のコイル巻き線に結合されるとともに約１３３．５ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第５のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第５のコイル巻き線に結合されるとともに約１２１ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第６のコイル巻き線を同様に含む。

実例１５は、実例１１から実例１４のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第６のコイル巻き線に結合されるとともに約９８ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第７のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第７のコイル巻き線に結合されるとともに約６６ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第８のコイル巻き線を含む。

実例１６は、実例１１から実例１５のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、当該方法は、各巻き線の大きさの比率を判定する段階を更に含み、上記複数のコイル巻き線の間の交互間隔は、上記比率に基づいて形成され得る。

実例１７は、実例１１から実例１６のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、当該方法は、上記コイルの中心を通って伸びる軸からの各コイル巻き線の任意の角度を有するコイル構造を特定する段階を更に含む。当該方法は、上記コイル構造の磁場変動を判定する段階と、磁場の最適化された均一性を示す費用関数の結果に基づいて上記角度を調整する段階とを同様に含み得る。

実例１８は、実例１１から実例１７のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記凹面形状は、１２０度の角度の半円形でかつ上記凹面形状の中心点から約１００ミリメートルの半円形と関連付けられている。

実例１９は、実例１１から実例１８のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、当該方法は、上記送信機コイルの駆動電流と関連付けられた磁場の一部分の再分布を生成するための無給電コイルを形成する段階を更に含む。当該方法は、上記無給電コイルを同調するための同調素子を形成する段階であって、上記同調素子がキャパシタを含み、上記再分布が上記同調素子の電気容量に基づいて設定可能である段階を同様に含む。

実例２０は、実例１１から実例１９のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、当該方法は、上記送信機コイルの上記駆動電流と関連付けられた上記磁場の一部分の再分布を生成するための追加の無給電コイルを形成する段階を更に含む。当該方法は、それぞれの無給電コイルとそれぞれ結合される追加の同調素子を形成する段階を同様に含む。

実例２１は、無線充電システムである。当該無線充電システムは、充電領域を定義する凹面形状の充電台と、凹面の充電台の周りに配置された３次元送信機コイルとを含む。上記３次元送信機コイルは、電流を伝導するためのコイルの巻き線を含む。上記３次元送信機コイルは、上記電流を伝導するための追加の複数のコイル巻き線を同様に含む。上記複数のコイル巻き線は、上記凹面の充電台の表面に対して法線の方向における上記３次元送信機コイルと関連付けられた磁場変動を低減するための不均一な間隔で間隔があけられる。

実例２２は、実例２１の主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、約１７３ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第１のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第１のコイル巻き線に結合されるとともに約１６４．６ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第２のコイル巻き線を同様に含む。

実例２３は、実例２１若しくは実例２２のいずれか又はこれらの実例の組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第２のコイル巻き線に結合されるとともに約１５５．２ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第３のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第３のコイル巻き線に結合されるとともに約１４４．８ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第４のコイル巻き線を同様に含む。

実例２４は、実例２１から実例２３のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第４のコイル巻き線に結合されるとともに約１３３．５ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第５のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第５のコイル巻き線に結合されるとともに約１２１ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第６のコイル巻き線を同様に含む。

実例２５は、実例２１から実例２４のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第６のコイル巻き線に結合されるとともに約９８ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第７のコイル巻き線を含む。

実例２６は、実例２１から実例２５のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第７のコイル巻き線に結合されるとともに約６６ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第８のコイル巻き線を含む。

実例２７は、実例２１から実例２６のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記不均一な間隔は、各巻き線の大きさの比率に基づいている。例えば、実例２１から実例２６に関して上記で論じられた大きさは、実例２１から実例２６における複数のコイル巻き線の間の比率に基づいて複数のコイル巻き線の間の交互間隔を決定するために使用され得る。

実例２８は、実例２１から実例２７のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記凹面形状は、１２０度の角度の半円形でかつ上記凹面形状の中心点から約１００ミリメートルの半円形と関連付けられている。

実例２９は、実例２１から実例２８のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、当該無線充電システムは、上記送信機コイルの駆動電流と関連付けられた磁場の一部分の再分布を生成するための無給電コイルを同様に含む。当該無線充電システムは、上記無給電コイルを同調するための同調素子であって、上記同調素子がキャパシタを含み、上記再分布が上記同調素子の電気容量に基づいて設定可能である上記同調素子を同様に含む。

実例３０は、実例２１から実例２９のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記不均一な間隔の寸法は１つの巻き線の大きさの別の巻き線の大きさに対する比率に基づいているとともに、上記寸法は上記比率に基づいて拡大縮小可能である。

実例３１は、無線充電のための器具である。当該器具は、充電領域を定義する凹面形状充電のための手段を含む。当該器具は、上記凹面形状充電のための手段の周りに配置された３次元送信機コイル充電のための手段を含む。上記３次元送信機コイル充電のための手段は、電流を伝導するためのコイルの巻き線を含む。上記３次元送信機コイル充電のための手段は、上記電流を伝導するための追加の複数のコイル巻き線を同様に含む。上記複数のコイル巻き線は、上記凹面形状充電のための手段の表面に対して法線の方向における上記３次元送信機コイル充電のための手段と関連付けられた磁場変動を低減するための不均一な間隔で間隔があけられる。

実例３２は、実例３１の主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、約１７３ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイル充電のための手段の第１のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第１のコイル巻き線に結合されるとともに約１６４．６ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイル充電のための手段の第２のコイル巻き線を同様に含む。

実例３３は、実例３１若しくは実例３２のいずれか又はこれらの実例の組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第２のコイル巻き線に結合されるとともに約１５５．２ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイル充電のための手段の第３のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第３のコイル巻き線に結合されるとともに約１４４．８ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイル充電のための手段の第４のコイル巻き線を同様に含む。

実例３４は、実例３１から実例３３のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第４のコイル巻き線に結合されるとともに約１３３．５ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイル充電のための手段の第５のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第５のコイル巻き線に結合されるとともに約１２１ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイル充電のための手段の第６のコイル巻き線を同様に含む。

実例３５は、実例３１から実例３４のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第６のコイル巻き線に結合されるとともに約９８ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイル充電のための手段の第７のコイル巻き線を含む。

実例３６は、実例３１から実例３５のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第７のコイル巻き線に結合されるとともに約６６ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイル充電のための手段の第８のコイル巻き線を含む。

実例３７は、実例３１から実例３６のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記不均一な間隔は、各巻き線の大きさの比率に基づいている。例えば、実例３１から実例３６に関して上記で論じられた大きさは、実例３１から実例３６における複数のコイル巻き線の間の比率に基づいて複数のコイル巻き線の間の交互間隔を決定するために使用され得る。

実例３８は、実例３１から実例３７のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記凹面形状は、１２０度の角度の半円形でかつ上記凹面形状の中心点から約１００ミリメートルの半円形と関連付けられている。

実例３９は、実例３１から実例３８のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、当該器具は、上記３次元送信機コイル充電のための手段の駆動電流と関連付けられた磁場の一部分の再分布を生成するための無給電コイルを同様に含む。当該器具は、上記無給電コイルを同調するための同調素子であって、上記同調素子がキャパシタを含み、上記再分布は上記同調素子の電気容量に基づいて設定可能である上記同調素子を同様に含む。

実例４０は、実例３１から実例３９のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記不均一な間隔の寸法は１つの巻き線の大きさの別の巻き線の大きさに対する比率に基づいているとともに、上記寸法は上記比率に基づいて拡大縮小可能である。

実例４１は、無線充電器具である。当該器具は、充電領域を定義する凹面形状の充電台を形成するための手段と、凹面の充電台の周りに配置された３次元送信機コイルを形成するための手段とを含む。上記３次元送信機コイルは、電流を伝導するためのコイルの巻き線を含む。上記３次元送信機コイルは、上記電流を伝導するための追加の複数のコイル巻き線を同様に含む。上記複数のコイル巻き線は、上記凹面の充電台の表面に対して法線の方向における上記３次元送信機コイルと関連付けられた磁場変動を低減するための不均一な間隔で間隔があけられる。

実例４２は、実例４１の主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、約１７３ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第１のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第１のコイル巻き線に結合されるとともに約１６４．６ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第２のコイル巻き線を同様に含む。

実例４３は、実例４１若しくは実例４２のいずれか又はこれらの実例の組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第２のコイル巻き線に結合されるとともに約１５５．２ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第３のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第３のコイル巻き線に結合されるとともに約１４４．８ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第４のコイル巻き線を同様に含む。

実例４４は、実例４１から実例４３のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第４のコイル巻き線に結合されるとともに約１３３．５ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第５のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第５のコイル巻き線に結合されるとともに約１２１ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第６のコイル巻き線を同様に含む。

実例４５は、実例４１から実例４４のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記複数のコイル巻き線は、上記第６のコイル巻き線に結合されるとともに約９８ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第７のコイル巻き線を含む。上記複数のコイル巻き線は、上記第７のコイル巻き線に結合されるとともに約６６ミリメートルの直径を有する、上記３次元送信機コイルの第８のコイル巻き線を含む。

実例４６は、実例４１から実例４５のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、当該器具は、各巻き線の大きさの比率を判定するための手段を更に含み、上記複数のコイル巻き線の間の交互間隔は、上記比率に基づいて形成され得る。

実例４７は、実例４１から実例４６のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、当該器具は、上記コイルの中心を通って伸びる軸からの各コイル巻き線の任意の角度を有するコイル構造を特定するための手段を含む。当該器具は、上記コイル構造の磁場変動を判定するための手段と、磁場の最適化された均一性を示す費用関数の結果に基づいて上記角度を調整するための手段とを同様に含む。ここに列挙された手段は、実例４７の動作を実行し得る命令が記憶された非一時的なコンピュータ読み取り可能な媒体のようなコンピュータ読み取り可能な媒体を含み得る。

実例４８は、実例４１から実例４７のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、上記凹面形状は、１２０度の角度の半円形でかつ上記凹面形状の中心点から約１００ミリメートルの半円形と関連付けられている。

実例４９は、実例４１から実例４８のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、当該器具は、上記送信機コイルの駆動電流と関連付けられた磁場の一部分の再分布を生成するための無給電コイルを形成するための手段を同様に含む。当該器具は、上記無給電コイルを同調するための同調素子を形成するための手段であって、上記同調素子がキャパシタを含み、上記再分布が上記同調素子の電気容量に基づいて設定可能である手段を同様に含む。

実例５０は、実例４１から実例４９のいずれか又はこれらの実例のいずれかの組み合わせの主題を含んでいる。この実例において、当該器具は、上記送信機コイルの上記駆動電流と関連付けられた上記磁場の一部分の再分布を生成するための追加の無給電コイルを形成するための手段を同様に含む。当該器具は、それぞれの無給電コイルとそれぞれ結合される追加の同調素子を形成するための手段を同様に含む。

態様は、例えば、スマートフォン、携帯型インターネット装置（mobile internet device：ＭＩＤ）、スマートタブレット（smart tablet）、コンバーチブル型タブレット、ノートブック型コンピュータ（notebook computer）、又は他の同様な携帯機器のような全ての種類のバッテリ式（battery powered）の装置による使用に適用できる。「結合された」又は「接続された」という用語は、ここでは、問題の構成要素の間の直接的又は間接的なあらゆる種類の関係を指すために使用され得るとともに、電気的結合、機械的結合、流体結合（流体接続）、光学的結合、電磁気的結合、電気機械的結合、又は他の結合に対して適用され得る。さらに、「第１」、「第２」などの用語は、ここでは、考察を容易にするためのみに使用されるとともに、特に明記しない限り、特定の時間的な又は年代順の意味をもたらさない。

当業者は、上記の説明から、態様の幅広い技術が様々な形式で実装され得るということを認識することになる。したがって、態様がその特定の実施例に関連して説明された一方、図面、明細書及び添付の特許請求の範囲の学習によって、他の変更が当業者には明白になるので、態様の真の範囲は、そのように限定されるべきでない。

１００無線充電装置
１０２充電領域
１０４充電ステーション
３０２コイル巻き線
４００３次元らせん構造
４０２第１のコイル巻き線
４０４第２のコイル巻き線
４０６第３のコイル巻き線
４０８第４のコイル巻き線
４１０第５のコイル巻き線
４１２第６のコイル巻き線
４１４第７のコイル巻き線
４１６第８のコイル巻き線
６００３次元ＴＸコイル
６０４ボール
７０２無給電コイル
７０４直列キャパシタ
８０２無給電コイル

Claims

無線充電装置であって、
凹面の充電台の周りに配置された３次元送信機コイルを備え、前記３次元送信機コイルが、
電流を伝導するためのコイルの巻き線と、
前記電流を伝導するための追加の複数のコイル巻き線であって、前記３次元送信機コイルと関連付けられるとともに、前記凹面の充電台の表面に対して法線の方向における空間的な磁場変動を低減するための不均一な間隔で間隔があけられた前記複数のコイル巻き線とを備える、無線充電装置。
前記複数のコイル巻き線が、
１７３ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第１のコイル巻き線と、
前記第１のコイル巻き線に結合されるとともに１６４．６ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第２のコイル巻き線とを備える、請求項１に記載の無線充電装置。
前記複数のコイル巻き線が、
前記第２のコイル巻き線に結合されるとともに１５５．２ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第３のコイル巻き線と、
前記第３のコイル巻き線に結合されるとともに１４４．８ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第４のコイル巻き線とを備える、請求項２に記載の無線充電装置。
前記複数のコイル巻き線が、
前記第４のコイル巻き線に結合されるとともに１３３．５ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第５のコイル巻き線と、
前記第５のコイル巻き線に結合されるとともに１２１ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第６のコイル巻き線とを備える、請求項３に記載の無線充電装置。
前記複数のコイル巻き線が、前記第６のコイル巻き線に結合されるとともに９８．３ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第７のコイル巻き線を備える、請求項４に記載の無線充電装置。
前記複数のコイル巻き線が、前記第７のコイル巻き線に結合されるとともに６６ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第８のコイル巻き線を備える、請求項５に記載の無線充電装置。
前記不均一な間隔が、各巻き線の大きさの比率に基づいている、請求項１から請求項５のいずれか一項又はこれらの請求項のいずれかの組み合わせに記載の無線充電装置。
前記凹面形状が、１２０度の角度の半円形でかつ前記凹面形状の中心点から１００ミリメートルの半円形と関連付けられている、請求項１から請求項５のいずれか一項又はこれらの請求項のいずれかの組み合わせに記載の無線充電装置。
前記送信機コイルの駆動電流と関連付けられた磁場の一部分の再分布を生成するための無給電コイルと、
前記無給電コイルを同調するための同調素子であって、前記同調素子がキャパシタを含み、前記再分布が前記同調素子の電気容量に基づいて設定可能である前記同調素子とを更に備える、請求項１から請求項５のいずれか一項又はこれらの請求項のいずれかの組み合わせに記載の無線充電装置。
前記送信機コイルの前記駆動電流と関連付けられた前記磁場の一部分の再分布を生成するための追加の無給電コイルと、
それぞれの無給電コイルとそれぞれ結合される追加の同調素子とを更に備える、請求項９に記載の無線充電装置。
無線充電装置を形成する方法であって、
充電領域を定義する凹面形状の充電台を形成する段階と、
前記充電台の周りに配置された３次元送信機コイルを形成する段階とを含み、前記３次元送信機コイルが、
電流を通すためのコイルの巻き線と、
前記電流を通すための追加の複数のコイル巻き線であって、前記３次元送信機コイルと関連付けられるとともに、前記凹面の充電台の表面に対して法線の方向における空間的な磁場変動を低減するための不均一な間隔で間隔があけられた前記複数のコイル巻き線とを備える、方法。
前記複数のコイル巻き線が、
１７３ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第１のコイル巻き線と、
前記第１のコイル巻き線に結合されるとともに１６４．６ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第２のコイル巻き線とを備える、請求項１１に記載の方法。
前記複数のコイル巻き線が、
前記第２のコイル巻き線に結合されるとともに１５５．２ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第３のコイル巻き線と、
前記第３のコイル巻き線に結合されるとともに１４４．８ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第４のコイル巻き線とを備える、請求項１２に記載の方法。
前記複数のコイル巻き線が、
前記第４のコイル巻き線に結合されるとともに１３３．５ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第５のコイル巻き線と、
前記第５のコイル巻き線に結合されるとともに１２１ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第６のコイル巻き線とを備える、請求項１３に記載の方法。
前記複数のコイル巻き線が、
前記第６のコイル巻き線に結合されるとともに９８．３ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第７のコイル巻き線と、
前記第７のコイル巻き線に結合されるとともに６６ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第８のコイル巻き線とを備える、請求項１４に記載の方法。
各巻き線の大きさの比率を判定する段階を更に含み、前記複数のコイル巻き線の間の交互間隔が、前記比率に基づいて形成され得る、請求項１１から請求項１５のいずれか一項又はこれらの請求項のいずれかの組み合わせに記載の方法。
前記コイルの中心を通って伸びる軸からの各コイル巻き線の任意の角度を有するコイル構造を特定する段階と、
前記コイル構造の磁場変動を判定する段階と、
磁場の最適化された均一性を示す費用関数の結果に基づいて前記角度を調整する段階とを更に含む、請求項１１から請求項１５のいずれか一項又はこれらの請求項のいずれかの組み合わせに記載の方法。
前記凹面形状が、１２０度の角度の半円形でかつ前記凹面形状の中心点から１００ミリメートルの半円形と関連付けられている、請求項１１から請求項１５のいずれか一項又はこれらの請求項のいずれかの組み合わせに記載の方法。
前記送信機コイルの駆動電流と関連付けられた磁場の一部分の再分布を生成するための無給電コイルを形成する段階と、
前記無給電コイルを同調するための同調素子を形成する段階であって、前記同調素子がキャパシタを含み、前記再分布が前記同調素子の電気容量に基づいて設定可能である段階とを含む、請求項１１から請求項１５のいずれか一項又はこれらの請求項のいずれかの組み合わせに記載の方法。
前記送信機コイルの前記駆動電流と関連付けられた前記磁場の一部分の再分布を生成するための追加の無給電コイルを形成する段階と、
それぞれの無給電コイルとそれぞれ結合される追加の同調素子を形成する段階とを更に含む、請求項１９に記載の方法。
無線充電システムであって、
充電領域を定義する凹面形状の充電手段と、
前記充電手段の周りに配置された３次元送信機コイルとを備え、前記３次元送信機コイルが、
電流を通すためのコイルの巻き線と、
前記電流を通すための追加の複数のコイル巻き線であって、前記３次元送信機コイルと関連付けられるとともに、前記凹面の充電手段の表面に対して法線の方向における空間的な磁場変動を低減するための不均一な間隔で間隔があけられた前記複数のコイル巻き線とを備える、システム。
前記複数のコイル巻き線が、
１７３ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第１のコイル巻き線と、
前記第１のコイル巻き線に結合されるとともに１６４．６ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第２のコイル巻き線と、
前記第２のコイル巻き線に結合されるとともに１５５．２ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第３のコイル巻き線と、
前記第３のコイル巻き線に結合されるとともに１４４．８ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第４のコイル巻き線と、
前記第４のコイル巻き線に結合されるとともに１３３．５ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第５のコイル巻き線と、
前記第５のコイル巻き線に結合されるとともに１２１ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第６のコイル巻き線と、
前記第６のコイル巻き線に結合されるとともに９８．３ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第７のコイル巻き線と、
前記第７のコイル巻き線に結合されるとともに６６ミリメートルの直径を有する、前記３次元送信機コイルの第８のコイル巻き線とを備える、請求項２１に記載のシステム。
前記不均一な間隔の寸法が１つの巻き線の大きさの別の巻き線の大きさに対する比率に基づいているとともに、前記寸法が前記比率に基づいて拡大縮小可能である、請求項２１若しくは請求項２２のいずれか一項又はこれらの請求項の組み合わせに記載のシステム。
前記凹面形状が、１２０度の角度の半円形でかつ前記凹面形状の中心点から１００ミリメートルの半円形と関連付けられている、請求項２１若しくは請求項２２のいずれか一項又はこれらの請求項の組み合わせに記載のシステム。
前記送信機コイルの駆動電流と関連付けられた磁場の一部分の再分布を生成するための無給電コイルと、
前記無給電コイルを同調するための同調素子であって、前記同調素子がキャパシタを含み、前記再分布が前記同調素子の電気容量に基づいて設定可能である前記同調素子とを更に備える、請求項２１若しくは請求項２２のいずれか一項又はこれらの請求項の組み合わせに記載のシステム。